生物地理学

生物地理学（精选12篇）

生物地理学 篇1

反应釜是化工生产过程中的重要反应容器［1 ～ 3］。反应釜在反应过程中分为升温段、恒温段和冷却阶段。而产品成型主要在恒温段进行,但由于反应釜内部反应机理复杂,且具有不确定性及非线性等特性,所以恒温段的温度控制尤为重要。PID控制器是工业生产过程中用途广泛的控制器,但对于难以建立数学模型的反应釜,PID控制效果并不能适应参数变化对温度的影响。为此,国内很多学者对PID控制器进行改进或采用智能控制算法对反应釜温度进行控制,李新卫采用变结构模糊控制等先进的控制方式对反应釜温度进行控制［2］; 翟廉飞等采用PID控制并用神经网络对非线性部分进行估计［3］; 文献[4,5]采用模糊PID控制器控制反应釜温度; 晏琦等将免疫遗传算法优化的模糊神经元控制器用于胶乳聚合反应釜的温度控制中［6］。

生物地理学优化( Biogeography-Based Optimi-zation,BBO) 算法是美国学者Simon D于2008 年提出的一种新的进化优化算法［7］。该算法与常用的遗传算法( Genetic Algorithm,GA) 及差分进化( Differential Evolution,DE) 算法等都属于进化算法,且已应用于电力系统、图像处理及路径规划等工程优化问题中,并取得了较好的优化效果［8］。

为解决PID控制器对非线性、不确定系统控制效果欠佳的问题,受自适应遗传算法PID控制的启发［9］,笔者利用BBO算法优化PID控制器的参数,构成BBO-PID控制模块,用于反应釜温度控制系统,并与传统PID控制和GA-PID控制的仿真结果进行比较。

1 BBO算法1

生物地理学是研究生物种群分布、迁移、变异及灭绝等规律的科学。生物地理学的研究环境是一个生态系统,存在多个栖息地。栖息地的好坏用适应度指数( Habitat Suitability Index,HSI) 来衡量,HSI越高,越适合物种生存和繁衍。BBO算法是基于生物地理学发展起来的一种算法,Simon D根据生物种群的动态过程设计了迁移算子、变异算子和清除算子,以保证算法的开发能力和探索能力。

1. 1 迁移算子

多种共存物种之间存在对生存空间及食物等资源的竞争,因此物种就会迁移到生存环境较好的栖息地。BBO算法利用迁移算子进行栖息地之间的信息共享。迁移操作由迁出概率 λ 和迁入概率 μ 共同决定。迁出概率 λ 和迁入概率 μ 是物种数量S的函数,这种函数关系可以是简单的线型模型,也可以是指数模型、二次模型及余弦模型等,越接近自然规律的迁移模型性能越好［10］。某一栖息地容纳物种数量S的概率Ps为:

其中,n为栖息地容纳的物种最大数量。

根据栖息地的迁入率决定栖息地的分量是否修改,若需修改,则根据迁出率选择被迁入的栖息地,并替换相应分量。

1. 2 变异算子

自然灾害及瘟疫等原因会造成栖息地内原有物种的灭绝和其他物种的大量迁入,因此该栖息地更容易发生变异。栖息地发生突变的概率ms与物种数量S成反比,即:

其中,mmax为最大变异概率; Pmax= max{ Ps} 。

2 BBO算法优化的PID参数

BBO-PID控制结构框图如图1 所示。 利用BBO算法的优化功能,优化PID控制器的3 个参数Kp、Ki、Kd,使反应釜的出口温度达到设定值。

2. 1 目标函数

以系统在不同时刻的输出与期望值之差的平方和作为目标函数,即:

式中ri———时刻i的期望值;

yi———时刻i的输出值。

目标函数值越小,解越优,控制效果越好。对于栖息地来讲,栖息地的适应度值越大,解越优,所以将栖息地的适应度值HSI设为目标函数的倒数; PID的3 个参数Kp、Ki、Kd作为栖息地的特征向量SIV; 优化PID参数的过程就是使HSI提高的过程,HSI越大,即目标函数值越小,解越优。为保证解的优良性,BBO算法中设置了精因数,即保留优良的解,只对其他解进行迁移和变异。

2. 2 BBO算法优化PID参数

BBO算法优化PID参数的具体步骤如下:

a. 设置BBO算法的参数,如进化代数、种群规模、迁移概率、变异概率及优化参数的取值范围等;

b. 初始化栖息地种群,根据种群规模,随机产生种群初始值;

c. 利用增量式PID控制算法计算给定PID下的系统输出,根据式( 3) 计算HSI;

d. 对不同种群的适应度值进行降序排列,保留精英种群,根据迭代终止条件,判断是否终止迭代,若满足终止条件则输出最优解,若不满足则继续以下步骤;

e. 迁移操作,利用余弦模型计算每个栖息地的迁入率和迁出率,根据确定的迁移概率确定是否进行迁移;

f. 变异操作,根据变异概率对种群的解进行变异操作,提高解的多样性;

g. 排异操作,首先对超出参数范围的种群进行重新赋值,然后对相同或相近的种群进行重新赋值,保证解的多样性;

h. 返回步骤c继续进行下一代解的迭代。

3 仿真与结果分析

3. 1 反应釜模型建立

反应釜温度控制系统属于典型的工业过程,在控制过程中存在非线性、不确定性及延迟等特性,因此不能建立准确的数学模型,但其阶跃响应曲线呈S形,数学模型可以用一阶系统加滞后表示,即:

针对某化工厂夹套反应釜,根据其响应特性,确定时间常数T = 500、放大系数K = 3、滞后时间τ = 10s。

3. 2 仿真参数设置

为了说明BBO-PID的控制效果,将仿真结果与PID控制和GA-PID控制效果进行比较,现一一设置具体参数。

PID仿真参数设置。根据经验法整定PID参数,得Kp= 9,Ki= 0. 08,Kd= 0. 1。

GA-PID参数设置。遗传算法采用标准形式,种群个体数量z = 50,终止进化代数G = 600,交叉概率Pc= 0. 9,变异概率Pm= 0. 1 - [1 ∶ size] ×0. 01 / size( size为最优解在种群中的位置) ,优化参数Kp、Ki、Kd,适应度值选择

BBO-PID参数设置。种群数量z = 50,终止进化代数G = 600,迁移概率Pc= 1,变异概率Pm=0. 03,迁入率模型和迁出率模型均采用余弦模型,适应度值同GA-PID。

3.3仿真结果分析

反应釜温度控制系统在3 种控制作用下的单位阶跃响应曲线如图2 所示。可以看出,3 种控制最终都能跟踪单位阶跃,但调节时间和超调量有差别,具体的动态性能指标见表1。可以看出,BBO-PID控制的超调量和调节时间均最小,GA-PID的控制效果次之,由于在恒温阶段,要求温度变化很小,尽量减少超调量,所以BBO-PID可以用于反应釜的温度控制。

由于反应釜系统内部反应机理复杂,在反应过程中系统参数可能发生改变,为模拟实际情况,假设系统模型参数发生改变,即K = 6、T = 1000,参数变化后3 种控制的单位阶跃响应曲线如图3所示,动态性能指标见表1,可以看出,当系统参数改变时,调节时间较原调节时间都加大,这是由于系统惯性环节的时间常数变大而使系统的调节时间增加造成的。PID控制器参数是在原系统下整定出来的,不适合变后的系统,所以动态性能较差。GA-PID控制超调量较小,响应速度较快,但从图4 所示的最小误差进化过程可以看出,GA易陷入局部极小值,BBO算法的优化效果较好。所以BBO-PID的控制效果最好,超调量小且调节时间短,满足反应釜恒温过程的温度控制要求。

4 结束语

以反应釜为研究对象,设计采用BBO算法优化的PID控制器,解决了PID控制器参数不能适应反应釜数学模型的非线性及不确定性等的问题,仿真结果与PID和GA-PID控制效果进行比较,发现GA-PID控制易陷入局部极小值,而BBO-PID控制效果较好,为反应釜温度控制提供了一种可行的控制方法,也为难以建模、存在非线性和不确定性的系统控制提供了参考。

生物地理学 篇2

研究了曝气生物滤池处理模拟生活污水稳态运行时反应器内生物膜的形态特征、生物量和微生物的活性变化特征,分析了生物膜及微生物种群的空间变化规律.结果表明,曝气生物滤池的生物膜形态、颜色和厚度具有沿水流方向渐变的.特点,而生物膜密度则在垂直方向上分布不均匀,靠近载体表面部分空隙较大;生物量沿水流方向出现逐步递减的趋势,生物膜活性变化呈现明显的倒“V”型特点;微生物种群组成多样,食物链长且相互交叉,系统营养结构复杂,高端营养级微生物种群所占比例较高,底物利用范围大,沿水流方向可形成不同代谢类型微生物的优势群落.

作 者：邱立平马军 QIU Li-ping MA Jun 作者单位：邱立平,QIU Li-ping(济南大学土木建筑学院,山东,济南,250022;哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江,哈尔滨,150090)

马军,MA Jun(哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江,哈尔滨,150090)

分析高中生物的绿色生物实验 篇3

【关键词】高中生物 绿色实验 环保教学

【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）21-0052-01

生物实验是高中生物课程主要教学环节之一，不仅可以帮助学生巩固课程所学知识，同时也能提高学生的动手能力以及科学素养，使得学生能够得到全方位发展。但高中生物实验过程中，必然会形成一定的污染物，对周围环境造成污染。若将全国各个高中实验室看做污染源，则其会对学校附近的生态环境造成极为严重的污染。如今，受到课程改革影响，绿色生物这一实验理念逐渐被各个中学接受，尤其高中生物实验教学中，体现尤为明显。教师开展绿色生物实验，在保护学生健康的同时，也减少了实验对周围环境的污染。

一、开展绿色生物实验的重要性

高中生物教学离不开实验教学。实验教学在加深学生对知识点记忆的同时，也培养着学生各方面的能力，如实践能力以及创新能力。生物属于实用性课程，对学生动手能力有一定要求，教师不应只传授学生理论知识，而不教授学生如何应用所学知识。学生通过生物实验，可以提高自身素质，对知识的运用更为熟练。不仅如此，生物实验教学还可以锻炼学生发现问题与解决问题的能力，同时也提高学生应对突发状况的能力。由此可见，生物实验教学的开展有利于学生的学习以及之后的发展。

就目前而言，环境污染问题日益严重，已然成为人类亟待解决的问题之一。大部分高中生在完成生物实验之后，并没有妥善处理实验所形成的污染物，同时也没有设立保护措施。而作为学校，也没有建立健全相关制度，导致每开展一次生物实验教学课程，都会严重污染实验室周围环境。所以，高中生物实验课程急需改革，学校应当积极开展绿色生物实验教学，严格管理以及控制学生行为，减少实验产生的污染物与废弃物，对各类型废弃物实施妥善处理，以确保生物实验的绿色化，避免实验形成严重污染。作为教师，也应培养学生绿色生物实验的意识，要求学生构建绿色的生物实验室，可以为我国节省大量能源，避免出现实验需要消耗大量材料的情况，也符合目前经济社会的发展方向，即低碳经济的要求。同时也使学生形成正确的价值观与世界观。由此可见，绿色生物实验的开展对学校以及学生的发展具有一定帮助。

二、开展绿色生物实验的方法

（一）构建绿色实验氛围

通常情况下，学校实验室并不会频繁使用，大部分学校的实验室隔数天才会使用一次，部分学校甚至隔数周才会使用。如此一来，部分长期未使用的药品，或是本身带有味道的药品便会散发较大的味道，使得实验室内气味较为难闻，一些药剂挥发的气体中甚至包含有一定毒性。所以，教师在开展实验教学之前，需开窗通风，以免引起学生身体不适，或是对学生身体造成伤害。但这一行为往往会使得大量药剂被浪费，令实验室二氧化碳排放量迅速增加，同时也对大气造成一定污染。针对这一现象，教师可引导学生使用生物知识进行解决。如要求学生收集废弃的塑料瓶，之后将水培植物放入塑料瓶当中，形成一盆水培植物。具体做法如下：学生可将塑料瓶底部或是顶部剪开，之后将瓶盖拧紧，并倒入定量的水，之后移栽一株植物，如绿萝或是玉树等，将其插入水中即可。教师可要求每名学生按照上述方法制作一盆水培植物，借此改善生物实验室环境。

（二）改良生物实验

高中生物实验当中，酒精灯是较为常用的实验器材之一。学生常常借助酒精灯实施水浴加热。以“检测生物组织中糖类、蛋白质以及脂肪”的实验为例，实验要求学生将试管放置于温度为50℃至60℃的水内进行加热。学生便需使用烧杯盛水，并使用酒精灯加热。“探索淀粉酶对淀粉与蔗糖的作用”这一实验当中，实验要求学生将试管下半部分放置于温度为60℃的水当中，且需要保温，时长为5min，同样需要借助酒精灯完成。然而，酒精灯的使用必然会产生一定量的二氧化碳，若未完全燃烧，还会形成一氧化碳等对人体有害的气体。而上述两个实验，无论是使用酒精灯对水进行加热，还是对水进行保温，都需要消耗大量酒精，即释放大量二氧化碳，且加热速度慢、保温效果不佳，甚至存在一定隐藏的危险。针对这一情况，学校需为实验室配置恒温水浴锅，该仪器可自动控制水温，且一个恒温水浴锅能同时容纳80多支试管，足够供应班级内所有学生同时实验。如此一来，可以大幅缩减酒精灯的使用次数，酒精消耗量也随之减少，为学校节省实验成本，也保护了实验室及其周围的生态环境。同时，恒温水浴锅的使用也能够极大程度缩短加热所需时间，为学生节省课堂时间，供学生观察实验过程。且学生使用恒温水浴锅，可将温度控制于实验要求范围之内，最终实验的效果也更为理想。

（三）规范学生实验操作

许多学生并未养成良好的实验习惯，加之高中实验要求当中也未对药品的使用量给予明确的限制，使得部分学生不爱惜试验用材料，往往准备过量的实验药剂。事实上，大部分药剂并未完全使用。许多学生也不将剩余的药剂送回，而是选择直接倒掉，造成大量实验药剂的浪费。如果学生在实验过程中需要使用显微镜，随着药品剂量的增加，吸水纸的用量也会上升。虽然教师向学生多次强调实验用品的用量，但许多学生并不理解，浪费现象依旧普遍存在。

以“观察植物细胞的有丝分裂”这一实验为例。无论是漂洗，还是染色，学生都需使用玻璃皿这一器材。然而玻璃制品使用次数越多，磨损也愈严重，安全性也随之降低。且部分学生未对玻璃皿进行彻底的漂洗，所以在之后的实验中需要添加大量药品。针对这一现象，教师可要求学生使用化学实验中较为常用的点滴板替代玻璃皿。相比玻璃皿，点滴板更为结实、安全，且上面有多个孔穴，学生在孔穴当中便能完成染色环节。实验结束之后，学生按顺序漂洗孔穴即可。这样不仅缩减了玻璃皿的使用次数，同时也节省了大量药品，漂洗效果更为良好，染色效果也有所提高。且这种实验方式可以压缩反应产生物的数量，降低了实验的危险性，也减少了反应产生物与污染物对周围环境的污染。

三、结束语

环境问题已然成为人类急需解决的问题之一，绿色生物实验已成为实验教学未来的发展趋势。教师在开展实验教学过程中，应当潜移默化地培养学生绿色生物实验的理念，从而减少实验室污染物及废弃物的产生，保护生态环境。

参考文献：

[1]霍新录.构建绿色生物实验平台的探索与实践[J].实验科学与技术，2013，03：161-163

[2]郭东会，张显忠，范明杰.生物技术专业绿色实验教学模式的探索与实践[J].安徽农业科学，2016，07：308-309+312

生物地理学 篇4

针对发展生物技术及产业的难得历史机遇, 科技部中国生物技术发展中心的《中国的生物技术与生物经济》一文中指出, 我国的生物技术产业也在迅速崛起, 2008年全国生物技术产业总产值突破8000亿元, 生物技术人才初具规模, 目前拥有国家、部门和地方政府资助的生物技术重点实验室近200个, 技术和产品研发人员2万多人。

————数据————

转基因作物种植面积380万公顷, 落后于发达国家

自1996年转基因商业化以来, 全球共种植了近10亿公顷的转基因作物, 尤其是最近几年, 种植规模逐年扩大, 发展速度惊人。据中国农业新闻网数据, 2008年美国3530万公顷全国玉米作物中有85%为转基因作物, 其中78%为双性状或三性状杂交作物, 只有22%为单一性状的杂交种。转基因棉花在美国、澳大利亚和南非的全国种植面积占到90%以上, 双性状复合型占到美国所有转基因棉花的75%, 澳大利亚为81%, 南非为83%。2005年, 转基因作物的全球市场价值为50多亿美元, 2009年猛增到85亿美元, 转基因作物的推广带来了巨大的社会和经济效益。以美国为例, 美国通过转基因技术实现了谷物生产低成本和高品质, 在世界谷物贸易中长期占据霸主地位, 抢占了世界62%玉米市场和60%大豆市场。

我国在转基因品种的培育以及商品化推广等多个方面还远远落后于美国等发达国家, 但我国有丰富的作物种质资源, 作物种质资源总量达39.2万份, 从1986年至2005年, 我国对已有的作物物种资源共进行农艺性状鉴定35万余份 (如表1) 。

2020年石油和天然气对外依存度将分别达到60%和34%

缓解能源压力, 开拓生物质新时代, 需要生物技术强有力的支撑。据生物技术发展中心预计, 2020年, 随着经济发展、城市化进程加快和人民生活水平的提高, 我国一次性能源需求将在25—33亿吨标准煤之间, 最少是2000年的一倍。2020年前至少要新增年产煤炭7—10亿吨, 否则会重新出现煤炭供应紧张的严峻局面。2020年, 我国石油消费量将达到4.5—6.1亿吨, 国内可供量1.8—2.0亿吨, 天然气需求总量将达到1450—1650亿立方米, 进口量为500—600亿立方米, 两种重要能源的对外依存度将分别达到60%和34%。因此, 必须发展新能源和再生能源。生物质能源是最重要的一种替代能源, 美国等一些国家提出发展“氢经济”。开发和利用可再生的生物质能, 以燃料酒精、生物柴油部分代替汽油, 以沼气代煤和天然气, 将为缓解能源压力提供强有力的支撑。

专利成果占全行业17%, 前景可期但成果产业化堪忧

中国生物医药产业作为政府有意培育的一个战略性新兴产业, 近年来产业规模不断扩大, 并保持高速发展态势。据科学技术部中国生物技术发展中心数据显示, 我国生物产业总规模已经超过万亿元。过去5年, 如表2, 我国生物医药产业规模增长了2倍, 研发经费增加了4倍, 国际上发表论文增加了6倍, 申请临床研究的药物数量增加了8倍, 专利数量增加了10倍。预计到2020年, 我国生物医药产业将达到6万亿元的规模。

然而, 生物医药科研成果的产业转化状况不理想正成为困扰产业发展的瓶颈。生物医药研发经费占医药产业整体研发经费的比重不到15%, 却发表了包含生物技术、临床医学和基础医学在内的占全行业43%比重的论文;相比之下, 其专利成果仅占了全行业的17%, 而且这一比例还有下降的趋势。这种研发成果在论文和专利上比重差距较大的现状, 暴露出我国生物医药研发成果产业化能力的薄弱。

————分析————

保障食物安全, 生物途径最有效

预计到2020年, 我国人口将达到14.5亿, 要保障这么多人的吃饭问题, 粮食产量必须达到6.3亿吨。在耕地不断减少、水资源短缺的情况下, 要实现这一目标, 粮食单产必须提高40%-60%, 因此, 利用转基因技术和分子育种等培育超高产农作物新品种是最有效的途径。在保障粮食供应的同时, 还应提高农业资源利用率, 改善农业生态环境。因此, 具有抗旱基因的植物品种将大幅度增加西部地区的植被覆盖率, 再造秀美山川;抗旱作物将使10亿亩旱地变为中高产田, 抗盐植物将可能使5亿亩盐碱地变成农田。

此外, 为保障食品安全, 从根本上改善人民膳食结构, 需要生物技术强有力的支撑。我国许多农产品有害物质残留严重超标、环境污染日趋严重, 食物安全事件日益增多, 形势严峻。生物肥料、生物农药的使用将大幅度降低农业化学品的污染, 新型食品添加剂、保鲜剂的应用将大幅度提高食品的质量和安全性。

来自中国生物技术发展中心的数据显示, 2007年中国食品工业产值已突破30000亿元, 仅是农业产值 (48893亿元) 的61%, 加工水平滞后。按发达国家水平计算, 我国食品工业产值至少还有20%的潜力。挖掘食品工业潜力, 依靠生物技术形成第四代食品, 将形成25000亿元的产业, 为1000多万人提供就业机会。

生物医药技术, 防治疾病新思路

据生物技术发展中心的数据, 目前我国艾滋病感染者达到84万人, 预计到2010年艾滋病病毒携带者将超过1000万;活动性肺结核病人约450万例, 居世界第二;乙型肝炎病毒感染者超过1.2亿人, 占世界携带者的1/3;糖尿病患者超过2000万人, 血吸虫病患者达到80万人。心脑血管疾病死亡率仍持续上升, 2002年的死亡率是1953年的两倍, 恶性肿瘤和心脑血管疾病所造成的死亡占人口总死亡、劳动年龄人口总死亡、特别是最佳劳动力损失人口总死亡的60%—70%左右。人口和健康方面存在的问题堪忧, 每年出生的近1700万人中4%—6%有出生缺陷, 严重影响民族整体身体素质。基因诊断、基因治疗等现代医药生物技术的广泛应用将为预防和治疗难治性疾病提供新的思路, 并可以大幅度降低出生缺陷率。

绿色能源, 缓解资源压力改善生态环境

我国是个化石能源资源十分短缺的国家, 预计到2020年, 我国的石油自给能力无法满足国民经济和社会发展的需求, 石油资源安全和能源安全的问题将越来越突出, 严重影响经济发展和国家安全。我们只有通过节约能源、开发新的可再生替代的生物能源才能保障能源安全。

此外, 我国约85%的二氧化硫和28%的总悬浮颗粒物是由于煤炭燃烧造成的, 导致城市空气质量下降和30%的国土受酸雨危害。2000年我国二氧化碳排放量居世界第二, 占世界总量的13%。如果保持现有的资源利用和污染排放水平, 到2020年, 资源利用对生态环境的影响将是现在的4.4-4.8倍;到2030年前后, 中国二氧化碳的排放量有可能超过美国, 居世界第一位。如果保持现有环境质量, 资源利用率必须提高4—5倍。利用生物能源, 可以减少环境午饭, 同时生物技术大幅度增加绿色植被, 吸收CO2将从根本上净化空气, 减缓气候变暖的趋势。

水土流失也是我国很重要的生态环境问题, 我国水土流失面积为356万平方公里, 占国土总面积的1/3;全国沙化土地169万平方公里, 约占国土总面积的18%, 需要发展抗旱、抗盐碱的生物新品种, 增加地表覆盖;遏制我国土地沙化、荒漠化加剧的势头需要依靠生物技术培育抗旱、抗盐碱的生物新品种。

————建议————

生物产业与信息产业相比, 具有明显的特点, 技术垄断、市场垄断程度较低, 为广大发展中国家, 特别是生物资源丰富的发展中国家提供了一次难得的历史机遇。我国应采取重大举措, 像当年抓“两弹一星”那样抓“生物经济”, 在生物经济时代再创辉煌。

政策支持, 营造发展环境

应实施专利战略和标准战略, 加强知识产权保护, 保护国内市场, 开拓国际市场。尽快制定具有我国自主知识产权的生物技术产品标准, 建立检测技术、安全监控、安全预警、风险评估、进出口监控体系, 提高我国生物技术产品国内市场占有率和国际竞争能力。同时营造有利于生物技术产业发展的环境。并大力发展生物技术中介机构, 为加速生物技术成果的转化和产业发展提供良好的服务。

人才培养, 打造产学研队伍

应牢固树立人才资源是第一资源的观念。实施人才强国战略, 打造一支国际一流的人才队伍。着力营造崇尚科学, 尊重人才, 激励创新, 宽容失败, 有利于人才成长的创新文化与环境。注重和加强优秀人才培养, 造就一批具有国际影响的学术带头人;造就一支既具备科技知识和长远战略眼光又了解市场和产业发展需求的科技与经济结合的复合型管理人才和科技型企业家队伍;政府、学术机构以及企业联合推动, 设立生物技术领军人物基金, 吸引和凝聚尖子人才为国服务和创业。

资金投入, 健全创新体系

应加大对生物技术研发和产业化的公共投入力度。公共投入重点支持原始创新性研究、关键技术和核心技术研发, 基础设施、共性技术平台建设, 健全国家生物技术创新体系。

建立和完善多渠道、全社会投资机制和体系。积极鼓励和吸引企业界、金融界等方面对生物技术研究的投入。在产品开发和产业化方面, 应逐步形成政府给予引导性支持, 企业和社会资金投入为主的格局, 逐步形成适合我国国情和生物技术产业发展的创业投资体系和运行机制。

国际合作, 提升研发水平

应鼓励以各种方式加强国际交流与合作, 通过积极参与国际合作与竞争, 迅速提升我国生物技术的研究开发水平。

鼓励和支持国内机构与国外机构合作, 在国外建立生物技术前沿和核心技术方面的联合实验室、研究机构, 充分发挥留学人员和华裔科学家的作用;同时, 吸引和支持国际知名大学、研究院所在国内建立分支或合作机构。

生物试题之生物进化 篇5

A、蝌蚪的心脏只有一心房一心室，成蛙的心脏有二心房一心室;

B、蝌蚪的心脏只有二心房一心室，成蛙的心脏也有二心房一心室;

C、蝌蚪的心脏只有一心房一心室，成蛙的心脏也有一心房一心室;

D、蝌蚪的心脏只有二心房二心室，成蛙的心脏也有二心房二心室

22、爬行动物时代是指( )

A、元古代，B、中生代。C、新生代，D、古生代

23、龟能够生活在水中，呼吸是依靠( )

A、鳃，B、肺，C、鳔，D、皮肤

24、蜥蜴、龟、蛇以及绝灭的恐龙，它们的共同特点是( )

A、体表都覆盖着角质细鳞，B、用肺呼吸，

C、体温恒定，D、体外受精

25、鱼肝油可以从下列哪一种动物的肝脏中提取出来( )

A、草鱼，B、鲫鱼，C、青鱼，D、鲨鱼

26、鸟类的心脏具有下列哪项特点( )

A、二房一室，动、静脉血完全分开，B、二房二室，动、静脉血完全分开;C、一房两室，动、静脉血混合;D、一房一室，动、静脉血混合

27、家鸽的体温能维持恒定与下列哪项无关( )

A、心脏为四室，动、静脉血不混合，输氧能力强;B、气囊能散发热量降低体温，羽毛又能保温;C、家鸽在飞行中产生大量的热;D、直肠很短，粪便可以随时排出体外

28、家鸽独特的呼吸方式——双重呼吸指的是( )

A、在吸气和呼气时气囊里进行气体交换的现象;B、在吸气时肺内进行气体交换，呼气时气囊内进行气体交换;C、在吸气时气囊里进行气体交换，呼气时肺内进行气体交换;D、在吸气和呼气时肺里都进行气体交换

29、在家鸽的消化系统中与飞翔生活相适应的特点是( )

A、口内无牙齿;B、腺胃细长;C、嗉囊大;D、直肠很短

30、家鸽的卵细胞是由( )

A、卵壳、卵白和卵黄构成;B、卵壳、卵白、卵黄系带和卵黄构成;C、卵白、卵黄膜和胚盘构成;D、卵黄、卵黄膜和胚盘构成

31、家鸽受精卵的孵化方式是( )

A、雌雄亲鸽交替孵卵;B、只有雌鸽孵卵;C、只有雄鸽孵卵;D、阳光下自然孵卵

生物地理学 篇6

关键词：生物；校本课程；实验；初中

一、课程开发背景

生物学是实验科学，在初中、高中的课标里都要求提高生物科学素养、倡导探究性学习，并且在课程目标的能力目标方面有明确的要求，即“正确使用显微镜等生物学实验中常用的仪器和用具，具备一定的实验操作能力，初步具有收集、鉴别和利用课内外的图文资料及其他信息的能力。初步学会生物科学探究的一般方法，发展学生提出问题、做出假设、制订计划、实施计划、得出结论、表达和交流的科学探究能力。”同时，在全国大部分的高考题和中考题中都涉及实验题，在大部分的省市中考、会考都将实验操作考试纳入考查之列。因此，提高学生的生物学技能势在必行。

结合我校的情况，特色化学校是我校的发展目标，校本课程的多样化是我校的特色之一，因此，开发什么样的生物校本课程是生物教师的重要任务。生物的学科特点是一门实验科学，但是在平时的教学中，因为课时少（一周两节课）、现代多媒体技术越来越发达，很多时候实验课和演示实验越来越少，学生的实验技能堪忧，尤其是在八年级下学期，考生物实验时大部分学生是临时抱佛脚。为了改变这种现状，在七、八年级开设了《生物实验营》这门校本课，目的就是希望提高学生的生物实验技能。同时，生物实验技能、实验探究的思维为八、九年级的物理、化学实验奠定基础，也是为了提高学生的生物学习兴趣，在实践中获得的过程性知识要比课堂学习中掌握得更扎实。

二、课程目标

1.学会生物科学探究的一般方法，发展学生提出问题、做出假设、制订计划、实施计划、得出结论、表达和交流的科学探究能力。在合作探究中发展合作能力、实践能力和创新能力。

2.熟练正确应用显微镜，以及制作简单的临时装片，能归纳总结显微镜使用的规律。

3.通过科学家的故事了解生物科学发展史，并学习科学家工作的科学态度，在整个学期中养成严谨、求知、创新、诚实、怀疑的科学态度。

三、课程内容

第一章：观察法。第一节：科学家的故事，主要内容：“珍妮古道尔与黑猩猩”；方法聚焦：观察法；课时：1课时。第二节：观察法，主要内容：观察的规律，借助显微镜（原理）、录像机（北极熊）望远镜（鸟类）等的观察；活动：观察校园植物的叶片；课时：1课时。第三节：使用显微镜，主要内容：练习使用显微镜观察固定装片；活动：制作临时装片；高倍观察细胞，归纳总结显微镜使用规律；课时：3课时。

第二章：科学探究（实验法）。第一节：科学家的故事，主要内容：弗莱明青霉素的故事，腐肉生蛆的故事，归纳总结科学探究的步骤；课时：1课时。第二节：你会提出问题、做出假设吗？主要内容：列举多个现象，根据现象提出问题，做出假设，同时通过活动说明并不是每一个实验都需要假设；课时：1课时。第三节：怎样制订计划？主要内容：根据具体事例引导学生在设置实验过程中遵循“对照原则、单一变量原则、重复原则”；活动：制订计划；课时：2课时。第四节：得出结论，根据实验现象，用简练的语言得出结论。（这在考试中经常出现，要多加练习）；课时：1课时。第五节：练习科学探究，主要内容：以小组为单位进行探究（限定主题：探究种子萌发所需的环境条件、探究光合作用产物淀粉、探究植被对空气湿度的影响、探究光对植物生长的影响、探究食物对蚂蚁运动行为的影响等）；课时：2课时。第六节：自主探究，以小组为单位进行探究，探究主题可以自拟，也可以是老师提供的，如：鲜花保鲜、设计适合自己的椅子、雾霾防治等，并展示；课时：3课时。

第三章：调查法；主要内容：活动：调查校园生物。（条件不具备的可换成调查近视率），并展示；课时：2课时。

第四章：资料分析法，主要内容：提供多则资料，练习资料分析法，并且每个小组选主题收集资料撰写小论文，并展示；课时：2课时。

第五章：比较法；主要内容：通过比较法在生物进化上的应用实例，植物分类；课时：1课时。

四、课程实施

1.适合学生：初中七、八年级的学生，人数控制在20人以内。

2.课时计划：本课程教学内容共需要19-20课时完成，每课时40分钟。教师可独立授课，亦可组内合作授课，组内授课最好以某个主题为单位进行。

3.设备要求：多媒体教室或者是实验室教学，按照教学需要进行。

4.校本教材：自编校本教材。

五、课程评价

通过教师和小组成员的课堂学习、活动观察、小组任务以及课堂教学效果等对学生进行综合性评价（以A、B、C、D），评价的内容包括学习态度、学习能力和学习成果，在学期末予以鼓励。

参考文献：

邢至晖，韩立芬.特色课程开发的7项核心技术[M].华东师范大学出版社，2013-04.

生物地理学 篇7

1985年美国Rice大学的Smalley研究小组和英国Sussex大学的Kroto研究小组在用激光轰击石墨靶做碳的气化实验时发现, 含有由许多碳原子组成的碳原子簇, 且均由偶数个碳原子组成, 其中以60个碳原子组成的原子簇丰度最高[1], 提出并证实了C60的封闭笼形结构的设想——60个碳原子构成足球状的截角二十面体[2]。1990年德国科学家Krätschmer 等建立了电弧法合成克量级C60的方法[3], 在世界范围内掀起了研究C60的热潮, 包括物理、化学、生物、天文和材料科学等在内的多学科领域[4,5,6,7]。C60是一个电负性的分子, 具有3个简并态的最低空轨道LUMO轨道和5个简并态的最高占有轨道HOMO轨道, 是一个优良的电子接受体, 具有sp2 杂化成键的多芳香环球状结构、较大的刚性, 并具有较低的电子重组能[8], 可发生氧化、还原、亲核加成、[n+2]环加成、Fridel-Crafts反应、Diels-Alder 反应、Bingel 反应等[9], 是药物设计的理想基体, 可以根据需要接上多种基团。通过引入新的基团, 如-OH、-COOH、-NH2等可同时赋予富勒烯新的物理化学性质。这些特性引起了生物学家和药物学家的浓厚兴趣, 人们把C60喻为药物设计中的“化学针插” (Chemical pin cushion) 。

C60由于疏水性强, 几乎不溶于水[10] , 也不溶或微溶于多数极性溶剂。将富勒烯引入含水体系是研究其生物学效应的一个首要前提, 富勒烯水溶化的主要方法是将富勒烯球进行化学修饰使产物具有水溶性, 目前已经报道了各种不同结构富勒烯水溶性衍生物的合成方法[11,12,13]。合成的一个重要策略是将富勒烯与各种生物分子进行连接, 得到具有富勒烯与生物分子双重特性的化合物, 由此改善生物分子的原有功能或产生一些新的生物活性。如富勒烯与亲水性物质/药物分子化学键合后, 形成的两亲性分子较易透过生物膜, 从而提高了生物组织对这些化合物的利用度。迄今为止, 已经合成了氨基酸与多肽、葡萄糖与环糊精、类固醇以及寡聚核苷酸等生物分子的富勒烯衍生物, 为富勒烯衍生物的生物学应用开辟了道路。本文综述了富勒烯生物分子的合成与生物学效应的最新研究进展。

1 C60氨基酸或多肽衍生物

为了使富勒烯获得光敏活性和可以选择性地被传送到目的生物靶点, 一方面, 富勒烯衍生物必须与核酸、蛋白、不同类型的细胞及细胞器间具有很好的生物亲和性;另一方面, 富勒烯自身能够便于特定的生物活性分子与活细胞的亲脂性膜相互作用, 从而提高细胞的吸收。自Prato等[14]于1998年报道了富勒烯肽的合成以来, 富勒烯肽的合成与生物学特性得到越来越多的关注。

1.1 富勒烯氨基酸衍生物

Enes等[15]介绍了N- (2-甲基-5, 6, 7, 8-四氢[60]富勒烯[1, 2-g] 喹唑啉-4-基) -α-氨基酸衍生物的合成, 即通过充分取代的嘧啶邻并醌二甲烷与C60发生Diels-Alder加成反应获得, 新化合物之一是氨基和羧基均未取代的L-赖氨酸衍生物。这种化合物适合于进一步合成肽。笔者设计合成了一类含有游离的氨基与羧基的α-富勒烯氨基酸[16], 采用有机溶剂交换法制备纳米颗粒水悬液, 初步研究证明为适合于生物医学应用研究的新型富勒烯衍生物[17]。宋高广等建立了富勒烯氨基酸固相合成方法, 利用不同的树脂, 将氨基酸的羧基与树脂连接裂解后得到2种单加成富勒烯氨基酸 (单加成富勒烯半胱氨酸 (Fullerene cystine, Fcy) 、单加成富勒烯赖氨酸 (Fullerene lysine, Fly) ) 和1种多氨基富勒烯 (Polyaminated fullerene, Paf) , 方法简单, 易于纯化, 但产率较低, 有待进一步研究提高[18]。

Yang等[19]用1, 2- (4′-环丙酮) 富勒烯与Boc保护的 (4-氨基) 苯丙氨酸反应, 生成了水溶性的富勒烯苯丙氨酸衍生物 (见图1) , 研究发现其具有抗氧化的功效[20]。同样, Evaggelia 等[21]合成的化合物也证实了富勒烯氨基酸衍生物可作为有效的抗氧化剂。Bianco用富勒烯吡咯烷衍生物与Boc保护的谷氨酸反应, 生成了Boc保护的L-富勒烯吡咯烷谷氨酸3, 并以此为前体固相合成了两种富勒烯的多肽衍生物, 其在水中的溶解度能达到1～5mg/mL[22]。

甘良兵等[23]报道了另一种合成富勒烯氨基酸衍生物的方法, 即氨基酸酯与富勒烯在加热条件下可以直接发生反应获得。

江贵长用富勒烯与甘氨酸在甲苯/乙醇/水的混合溶液中反应, 制得了极易溶于水、DMSO、THF的富勒烯甘氨酸衍生物[24], 并用此法合成了水溶性的富勒烯赖氨酸衍生物[25];刘绪峰等[26]也用此法合成了水溶性的6-氨基己酸富勒烯衍生物和2-氨基乙磺酸富勒烯衍生物, 发现前者的水溶性受溶液pH值影响较大 (pH=10.25时为71.81mg/mL, pH=7时为23.68mg/mL, pH=3.36时为10.12mg/mL) 而后者的水溶性受溶液pH值的影响较小。2007年Hu等用此法合成了水溶性的富勒烯β-丙氨酸衍生物[27]和富勒烯胱氨酸衍生物[28], 发现这2种物质均能阻止由H2O2诱导所产生的PC12细胞损伤。

Wolff D J等报道了富勒烯氨基酸对一氧化氮合成酶的抑制作用, 其机理可能与富勒烯氨基酸干扰了电子转移有关[29]。Kotelnikova等[30]于1996年通过富勒烯氨基酸C60-DL-alanine 和富勒烯二肽C60-DL-alanine-DL-alanine 对不同膜区的通透性进行了研究, 结果表明富勒烯氨基酸C60-DL-alanine和富勒烯二肽C60-DL-alanine-DL-alanine 具有很强的膜亲和力, 可以很好地通过磷脂双分子层, 且不会破坏膜的完整性。此后, 关于富勒烯肽的膜通透性的研究有了很多报道, 更多具有优良特性的富勒烯肽被合成, 但这些富勒烯肽化合物的体外研究与体内的药学动力学结果并不完全一致[31]。科学家们正在合成并筛选更加完善的富勒烯衍生物。

1.2 富勒烯多肽

1993年Prato等首次合成了带有5个氨基酸的亚甲基富勒烯肽衍生物[32], 研究显示该类衍生物在对细菌的抑制方面具有潜在的生物活性。

多肽T的碳端4-8序列的五肽 (H-Thr-Thr-Asn-Tyr-Thr-OH ) 有极强的亲水性, 且在人单核细胞趋药性试验中具有较好活性作用, 因此, 1994年Toniolo等[33]将该五肽段序列和富勒烯[60]-61-羧酸共价结合形成C60的多肽衍生物。该产物不仅具有类似于该五肽段的生物活性, 而且增加了富勒烯衍生物特有的生物活性, 即能够抑制HIV-1蛋白酶的活性 (见图2) 。抑制剂XM323 (即DPM323) 抗HIV-1蛋白酶的活性可达55%, 而二甲亚砜 (DMSO) /水溶液中的富勒烯-五肽则为40%。结果表明, 由于肽T是一个有效的人单核细胞趋药性的兴奋剂, 使与肽相连的富勒烯也显示了高的向化特性。研究人员认为, C60衍生物作为人体免疫缺陷病毒酶抑制剂时, 含肽的抑制剂比非肽抑制剂的活性更强, 前者在亚毫微摩尔范围 (10-12) 有活性, 后者在毫微摩尔范围 (10-9 ) 有活性。

Chen 等[34]以类似的方法用C60羧酸衍生物与牛甲状腺球蛋白、牛和兔的血清白蛋白、三聚赖氨酸以及五聚赖氨酸进行缩合反应得到水溶性多肽衍生物。2004年Sofou等[35] 合成了一种富含脯氨酸的富勒烯七肽, 它含有1个水溶性的乙二醇链, 共价连接富勒烯球体和1个七肽 (即 H-PPGMRPP-OH) , 大大提高了其水溶性。实验发现该化合物对全身性狼疮红斑病和混合性结缔体素疾病等病人血清中的自身抗体有一定的生物抗性。Yang 等[36]还发现富勒烯肽可提高透膜效率及抵抗酶消化分解的能力。

Watanabe 等[37]合成了一类富勒烯氨基酸和富勒烯肽, 其中富勒烯氨基酸中α-碳原子和富勒烯吡咯烷氮原子间隔有4～6个亚甲基。王乃兴等通过伯氨氢原子在一定条件下发生消除反应得到活性中间体碳烯的方法合成了水溶性的五加成富勒烯二甘肽衍生物, 产率为12.3%[38]。Romanova 等[39,40,41]以氨基酸或二肽与C60直接反应得到以单加成为主的产物, 其中部分二肽的衍生物能溶于水中。

Rancan 等[42]利用富勒烯链接的长链烃基末端的活性羧基基团与抗体的氨基连接合成了共价结合利妥昔单抗的富勒烯衍生物, 由于长链烃基的存在, 富勒烯球体并不影响抗原抗体的活性位点。共聚焦显微镜研究表明, 该化合物具有CD20受体亲和力, 具有CD20阳性的B-淋巴细胞选择性, 显示了富勒烯衍生物在光动力学治疗中作为靶向药物载运分子的能力。

富勒烯多肽衍生物是一种具有很强抗菌潜力的富勒烯衍生物, 现已应用固相肽合成法, 插入合成到固相肽上, 再脱离树脂。以不同种类 (非极性、酸性、中性和碱性) 的氨基酸与树脂 (羧基、氨基和酰胺基) 为反应原料, 合成不同结构的富勒烯氨基酸[43,44]。由具有亲脂活性的富勒烯和提供水溶性、静电相互作用的肽段组成, 具有很强的抗菌活性。实验发现, 富勒烯多肽衍生物对化脓性金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的MIC分别为8μmol/L和64μmol/L, 而不含富勒烯的肽段没有抑菌活性, 因此富勒烯在抑菌活性中发挥了主要作用;另外, 有一种多肽3对革兰氏阴性菌 ( 如大肠杆菌) 和酵母 (如白色念珠菌) 有较好的抑制作用, 而对革兰氏阳性菌 (金黄色葡萄球菌) 效果较差, 引入富勒烯核心后明显提高了其对革兰氏阳性菌的抗菌活性, 但对革兰氏阴性菌和酵母的抗菌活性下降。

Kobata等[45]合成了6个含有卟啉环和富勒烯球的L-赖氨酸两性树形分子, 通过透射电镜观察发现它们可在水中自组装成纳米颗粒, 并可通过加入2-HP-β-CDx及1-adamantanecarboxylic acid观察到它们在水中可控的分裂/再组装过程。

合成了自聚集的富勒烯谷氨酸纳米颗粒, 并显示了类似超氧化物歧化酶的性质[46]。Arai等[47]通过富勒烯氨基酸和卟啉反应合成了水溶性的L-赖氨酸富勒烯树形分子, C60和1对卟啉环被包被, 其中, 分子表面的8个氨基被羧基修饰, 从而具有了两性分子的特性, 可在水中形成超微微粒。

2 C60的寡聚核苷酸衍生物

富勒烯具有光物理特性, 有很深的颜色, 在UV 和可见光区显示了丰富的光化学行为, 在光的激发下, 三线态C60可产生约1个单位能量, 通过能量转换可形成高产量的单线态氧 (1O2) , 而三线态也能氧化富电子底物。富勒烯衍生物具有专一性切割DNA 的能力, 为了使C60能应用于生物体系特别是提高其选择性, 1994 年Tokuyama 等[48]比较了几个C60衍生物的光诱导生物活性, 研究发现将化合物3和超螺旋PBR322一起在黑暗中和可见光照射下保温时, 光照射下的保温使共价键紧密联合的超螺旋DNA产生裂纹;在同样实验条件下, 化合物2显示出低的DNA 裂解能力, 而部分溶于极性溶剂的化合物1和缺少富勒烯片段的参考化合物4则不能裂解DNA。该衍生物可以作为一种较理想的光子探针 (Photoprobe) , 在基因转录和mRNA 翻译研究中具有重要的应用价值 (见图3) 。

1995年Boutorine等[49]合成的14-mer的C60寡聚核苷酸衍生物可通过Watson-Crick氢键结合到单链靶RNA上, 或通过Hoogsteen氢键结合到双链靶DNA上。实验证明, 裂解发生在特定的鸟嘌呤碱基位置 (见图4) 。他们认为含鸟嘌呤链的随机断裂, 很可能是由于C60分子对DNA 的非选择性的疏水结合, 且有识别能力的基团连接到C60上, 增强了对鸟嘌呤断裂位置的选择性。实验证明, 裂解发生在限定的鸟嘌呤碱基位置。这类富勒烯-低聚核苷酸共轭物具有较高位置特定性, 能通过形成双或三链螺旋结构有效地修饰DNA, 致使其特定位置裂解。

An等[50]改进了其方法, 通过连接极性官能团到C60结构上得到新的水溶性C60寡聚核苷酸-二氢富勒烯-脱氧低聚核苷酸 (DHF-DON-1) 。

研究发现, 虽然与曙红和与C60相连的脱氧低聚核苷酸都会引起鸟嘌呤的特定断裂, 但两者在D2O 中的光解反应却明显不同, 在D2O中光解通常能加强1O2的反应, 假如C60-脱氧低聚核苷酸修饰的鸟嘌呤产生的选择性位置裂解是由单线态氧1O2致活, 则其裂解产率应在D2O光解中显著增加。实际情况却相反, Eosin-DON-1 对被修饰的鸟嘌呤的裂解产率显著增加, 而对DHF-DON-1修饰的鸟嘌呤的裂解产率却没有明显影响, 而且反应中也不被1O2的猝灭剂所抑制, 表明, C60衍生物和单链鸟嘌呤的反应不是通过1O2传递的, 即C60衍生物对单链DNA的光诱导、位置的选择性修饰不是通过1O2作为活化剂, 而是通过鸟嘌呤与C60之间的单电子转移机理。C60诱导鸟嘌呤裂解的高选择性和与其它增敏剂相比的高活性使其成为DNA 裂解反应中的选择试剂。DNA 裂解会使有病或异常增殖的细胞凋亡, 通过连接靶向性的官能团可使富勒烯的作用发生在特定的部位, 这为治疗某些癌症和一些疑难杂症提供了一条新途径。从单线态氧1O2到单电子转移机理, 标志着对作用机理认识的深入, 随着富勒烯作用机理的进一步揭示, 必将会给富勒烯及其衍生物在DNA裂解方面的应用带来深远的影响。

Bergamin、Ros等[51,52]合成了2种新的富勒烯衍生物, 其包含寡聚核苷酸链和1个三甲羟基吲哚单元, 该结构能连接DNA小沟, 增加三螺旋链的结合力、选择性和稳定性。

Yang等[53]应用An等[50]报道的方法合成了针对GFP和β-actin的富勒烯寡核苷酸 (FONCs) (见图5) , 发现富勒烯核苷酸的疏水性富勒烯球体可与Taq DNA聚合酶发生疏水性作用, 抑制Taq酶的活性, 对目的DNA片段的PCR扩增产生抑制作用。

Huang等[54]合成了一种富勒烯黄嘌呤衍生物, 可抑制LPS诱导的NO和α-TNF的产生, 有抗菌作用。

为了使人工寡聚核苷酸 (Oligonucleotides, ONs) 能够更有效地控制基因表达, 化学家们尝试对其进行了多种化学修饰, 其中, 将肽与ONs共价连接生成的肽寡聚核苷酸化合物 (PONCs) 具有一些显著的优点。研究表明, PONCs可增加ONs与其靶RNA作用的特异性, 促进ONs通过细胞膜以及提高ONs对核酸外切酶的抗性。这些优点使其在反义寡聚核苷酸的化学修饰方面的应用前景非常令人鼓舞。本课题组设计合成了一类新型富勒烯化合物, 即富勒烯氨基酸寡核苷酸 (Fullerene-amino acids-oligonucleotide conjugates, FAOCs) , 富勒烯肽寡核苷酸 (FPOC, 实验结果还未发表) 将可能具有更加优良的透膜能力、抗核酸外切酶消化能力以及其它的生物性能, 有望成为一类新型高效的寡聚核苷酸类药物。笔者还设计合成了富勒烯天冬氨酸寡核苷酸 (Fas-ONC) , 合成了针对GFP和Bcl-2的富勒烯氨基酸反义寡核苷酸FasONC (Bcl-2) , 初步研究发现富勒烯氨基酸寡核苷酸对细胞周期没有影响。比较研究了不同富勒烯氨基酸寡核苷酸处理的细胞的Bcl-2蛋白表达率及细胞凋亡率, 结果表明FasODN (Bcl-2) 对Bcl-2基因表达有抑制作用, 而FguODN (gree) 无明显作用, 说明设计合成的特定富勒烯氨基酸寡核苷酸能选择抑制目的基因的表达。

3 C60的寡糖衍生物

将C60与碳水化合物相连可极大地改善富勒烯的水溶性和生物识别能力, 因此研究者们通过不同方式来连接两者。以前的研究都要对碳水化合物进行化学修饰才能促使连接发生[54,55,56,57,58], 且修饰十分复杂。Abe等[59]首先合成氧胺连接的富勒烯衍生物, 使各种寡聚糖能很容易地连接到球体上, 省略了对寡聚糖的修饰。合成示意图见图6。

4 其它

4.1 富勒烯环化糊精衍生物

Samai等[60]和Filippone等[61]运用巧妙的方法使富勒烯衍生物与环化糊精共价结合, 不但提高了其水溶性, 而且降低了其聚集现象, 为富勒烯衍生物的生物学应用开辟了道路。

4.2 富勒烯卟啉衍生物

Jiang等[62]合成了一个非离子化的锌-卟啉富勒烯二对体5, 它是一个两性树形分子, 可在水/THF混合溶液中形成平均直径为100nm的多层小泡。通过分析电子吸收光谱等, Jiang等认为其可在混合溶液中自组装形成光敏性的小泡 (见图7) 。

树形分子由于含有多个电活性和光活性的发色基团或具有两性分子的性质等而日益受到广大研究人员的青睐, 而把富勒烯与树形分子相结合, 更综合了两者的优点, 使水溶性高分子量的富勒烯树形分子衍生物的合成得到了越来越多的重视。Nierengarten等将在分枝处含有5个富勒烯球并在外围含有长链烷基的树形分子与另一Frechet型树形分子 (含长的乙二醇链) 相结合, 形成了具有两性分子特性的富勒烯树形分子[63]。Zhang等将树形的1, 3-phenylenebis (methy-lene) -tethered bis-malonate衍生物通过环化反应结合到C60上, 生成了具有两性分子特性的富勒烯树形分子[64]。

Jensen等[65]将末端带有4个氨基的树形分子PAMAM G4与C60反应, 形成了被C60包裹着的具有PAMAM核的纳米共轭物 (见图8) 。该共轭物可以通过产生单线态氧催化光氧化反应生成苯甲基亚砜, 在水溶液中该氧化反应能力强于在有机溶剂中的, 他们推测这可能是由于此共轭物可作为纳米反应器, 通过扩散使疏水的反应物分子进入树形分子空腔中。

Rio等[66]将大环分子1和2与C60反应生成稳定的高分子集合体, C60被包裹在1和2的空腔中, 其中2与C60反应生成的集合体具有良好的水溶性, 溶解度为3mmol/L, 推测其可用于评价水溶液中所产生的单线态氧的毒性。Takaguchi等采用Diels-Alder反应原理合成出一种富勒烯-蒽树形分子, 该反应条件温和, 产率可达到70%, 在pH=1.5酸性水溶液中合成出的树形分子的溶解度为30mg/mL[67]。

富勒烯树形分子衍生物的合成带给我们诸多启示, 可参考其合成方法及路线更好地设计合成富勒烯生物分子。

5 展望

迄今为止, 富勒烯的研究领域已涉及到有机化学、无机化学、生命科学、材料科学、高分子科学、电化学等众多学科和应用研究领域, 并越来越显示出其巨大的潜力和重要的研究价值, 而富勒烯生物分子作为其重要组成部分也越来越受到关注。目前, 对富勒烯生物分子的研究主要集中在富勒烯卤化物的制备方法、分子结构以及一般性质上, 而对富勒烯生物分子生物学效应的研究才刚刚起步。

生物地理学 篇8

一、模型存在不足, 纠正促进成长

(一) 细胞膜的流动镶嵌模型

制作细胞膜的流动镶嵌模型需要的基础知识有︰组成细胞膜的基本成分、磷脂分子的结构、蛋白质在磷脂双分子层上的分布。

第1组的代表对他们的作品 (如图1) 做了如下介绍︰“我们用深蓝橡皮泥捏成了磷脂的头部, 将橡皮泥附着于白纸上, 将白纸中间剪开制成磷脂的尾部。用红色的橡皮泥捏成了蛋白质和寡糖链。”

其他同学在聆听之后提出了以下几个问题。

(1) 1个磷脂分子应该有一个亲水性的头部和2个疏水性的尾部。你们模型上的磷脂分子的头部和尾部的比例不是1:2的关系, 而是一个亲水性的头部有3-4个疏水性的尾部。

(2) 部分蛋白质应该镶在磷脂双分子层的外表面, 部分蛋白质应该嵌在磷脂双分子层中, 部分蛋白质分子应该是贯穿在整个磷脂双分子层中, 而该模型中的蛋白质只有第3种分布方式。

第一组的成员面对质疑做出了如下的回答︰“我们没有想清楚磷脂的结构, 只是照着课本上的模型捏出了相似的结构。蛋白质的分布方式不全面的原因是由于我们赶时间, 所以没有考虑全面。”

“纸上来得终觉浅, 绝知此事要躬行。”学生平时课堂上仅仅是对这些知识进行机械性的记忆, 并没有理解它的含义。构建生物模型的过程就是一个晒知识的机会, 正如晒衣服一样, 学生把有相关的模型晾出来, 在全班学生的共同侦查下就会发现一些不足, 从而共同构建正确的知识框架。

(二) 线粒体模型

制作线粒体模型需要注意的事项有︰双层膜、内膜向内折叠凹陷形成嵴。

第2组的代表介绍了他们的代表作 (如图2) :“我们小组的取材很特别, 我们用半个花生的壳充当线粒体的外膜, 用一根弯曲的电线充当线粒体的内膜。我们自己对这个模型感到比较成功。”

其他同学在笑过之后提出了2点疑问。

(1) 线粒体的内膜并不是全部折叠, 而应该是部分折叠。请问你们模型上的什么结构代表内膜?

(2) 请问你们这个模型中的内膜面积大于外膜吗?

第一组的组员做出了如下回答︰“我们在选材制作的过程中, 只注意到了线粒体的内膜向内凹陷折叠形成嵴这个显著的特征。我们没有全面考虑线粒体的内膜的特征, 所以出现了该模型中的不足, 在今后的制作过程中我们会注意改进的。”

有知识的人不实践, 等于一只蜜蜂不酿蜜。学生平时掌握的知识只是脑海里零散得储存, 没有完整的完善的构架。动手制作的过程中暴露出一些缺陷, 在小组之间的相互纠错的过程中, 大家思维的都比较迅速, 碰撞出了思维的火花, 从而很快地找到了模型的不足, 完善了知识的构建。

(三) DNA模型

制作DNA模型需要具备的基础知识︰ (1) 磷酸和五碳糖交替连接排在外侧。 (2) 碱基对排在内侧。 (3) 两条脱氧核苷酸链反向平行。学生平时对这三点的理解, 不觉得有什么困难。对做一个DNA模型持胸有成竹的感觉。但是模型还是暴露出了一些瑕疵。

第二组的代表介绍了他们的模型 (如图2) 。“我们用硬纸板剪出了如图的零件, 然后用订书钉将各个零件之间订起来。”

其他同学在聆听之后提出了以下4点疑问。

(1) 该模型中相邻的2个脱氧核苷酸之间没有连接, 而是直接连接在额外的“扶手”上。

(2) 该模型不能体现A-T、C-G之间的氢键数目不同。你们模型仅仅用一个相同的结构体现了碱基之间的氢键。

(3) 该模型不能体现A只能与T配对, C只能与G配对。你们模型中不能看出配对碱基之间的一一对应关系。

(4) 该模型不能体现DNA的两条链之间是反向平行的。

第二组的成员做出了如下的回答︰“我们误解了相邻的两个核苷酸之间的连接方式, 我们就机械地用将一条链中每个核苷酸都连在边上的硬纸板上。不同碱基对之间氢键应该不同。在以后的制作过程中, 我们可以通过不同的形状来体现碱基之间特异性配对。”

这说明学生根本就不理解DNA分子的骨架是什么。只是生搬硬套地凑了两个骨架。这说明学生在制作模型的过程中模仿占了主要地位, 缺少自己的思考。

“学者贵于行之, 而不贵于知之。”司马光的这句名言很好地阐述了学习中“知”与“行”的关系。学生对于DNA结构的特点几乎都能背出来, 但却做了一个DNA的伪劣模型。这说明构建模型有助于学生对知识的理解。

二、实验教学中“纠正”更显重要

在高中生物实验课堂上, 有部分学生实验由于实验室的器材不足或者学生的不规范操作都会导致实验失败。很多教师会在上课之前会为学生打各种各样的预防针, 想让学生做一个严谨的实验获得预期的实验结果。其实我认为, 事先灌输的效果不一定有事后纠错的效果好。实验的预期设计固然重要, 但实验后的总结和失败原因的分析应该是实验课的主要目标之一。

在“探究不同加酶洗衣粉的洗涤效果”这一实验中, 洗衣粉中添加的酶的种类是自变量, 各自的洗涤效果是因变量, 其余变量都是无关变量。无关变量列举如下: (1) 各组所用的水量。 (2) 各组的水温。 (3) 各组的洗衣粉量。 (4) 各组洗涤的材料的质地。 (5) 各组洗涤材料的大小。 (6) 各组污染物的种类。 (7) 各组污染物的污染程度。 (8) 各组的洗涤时间。 (9) 各组的洗涤强度等。其中 (2) 和 (9) 在一般学校的实验室中就很难控制相同且适宜。有部分教师因为无关变量很难控制就避开这个实验不做。其实, 教师只需要在学生实验结束时引导学生分析自己在实验过程中有哪些无关变量没有控制好。反其道而行之, 有时会有一种豁然开朗的感觉。在微生物的培养试验中最关键的注意点就是无菌操作。在一般农村高中没有超净工作台, 只能火焰旁操作。所以最终培养的结果往往要比预期的结果更复杂。教师可以带领学生一起分析自己操作的过程中有哪些步骤可能会使培养基被杂菌污染。还可以趁机让学生观察平板上不同菌落的形态, 根据教师提供的资料学会认识菌落。

三、构建生物模型, 培养学生情感态度价值观

构建模型可以锻炼学生的自信。在这次活动中第三小组用一个最小的材料 (花生壳) , 花了最短的时间, 制作出了一个最逼真的线粒体。他们自认为自己的模型还是可以的, 他们找到了自信, 相信以后在各门学科的学习上都会有进步的。他们相信自己一定能行。

构建模型可以培养良好的人际关系。细胞本身就很小, 肉眼无法看见, 其中的一个结构或一个分子就更小, 但是不管空间有多小, 每一个特定的结构一般都在特定的位置分布着。各个结构都有条不紊的完成着自己的使命, 他们相互联系, 相互合作, 从不互相推卸责任。细胞的各个结构能够相互协调, 达到共赢, 有效地完成着各项生命活动。我们人类应该能够比细胞的各个结构做得更好, 和谐共处, 促进社会精神文明的发展。

制作模型让学生学会了交流。在这个过程中小组内部的成员要相互协作、积极动脑、善于倾听才能在较短的时间内完成作品。制作模型的材料大多数是父母帮忙找的一些废旧的材料。学生请父母帮忙找一些材料, 增加了与父母交流的机会, 促进了家庭的和谐。

制作模型培养了学生的毅力。毅力是人生之宝, 毅力是成功的前提。在制作的过程中, 挫折经常出现, 阻挡着活动的进展。但是绝大部分的学生还是克服了困难, 做出了模型。

著名教育家陶行知先生说过:“手脑双全, 是创造教育的目的。中国教育革命的对策是使手脑联盟。”纠错过程会在学生的知识构建中亮起红灯, 引起注意[1]。改正原有的错误的突触连接, 建立正确的新的突触, 让信息传递的过程更顺利, 让学生在运用时能快速准确地从知识库中提取知识。纠错的方法有多种, 在高中生物课堂中常用的有讲授法、自主合作讨论法。其实利用这两种方法进行纠错的过程中如果只是依赖于抽象的基础知识进行纠错, 有时可能取得的效果很差。在纠错的过程中如果借助于模型、动画等直观的教学辅助工具, 纠正过程可能会取得很好的效果[2]。

摘要：在一次研究性学习活动过程中, 我发现构建生物模型对纠正学生生物知识、改变学生情感态度价值观都具有很大的影响作用。

关键词：研究性学习,构建生物模型,促进成长

参考文献

[1]孔详蛟.纠正式教学法在掷标枪教学中的应用, 考试周刊, 2008 (29) :126.

生物地理学 篇9

我国高校生物学领域有生物科学、生物技术、生物工程三个密切相关的本科专业, 并制定了相应的专业规范。如何体现各自的科学、技术及工程内涵与特色既是教育工作者的责任, 也是人才市场和报考学生和家长极为关心的现实问题。本文通过比较分析这三个专业的本科专业培养规范, 上提出一些参考意见, 以期为专业的进一步规范、教学计划的修订, 为社会及学生和家长的专业选择提供参考。

二、专业类型

生物科学专业为传统典型的理科专业, 培养科学型和教学型人才, 授理学学位;生物技术专业以理为主、以工为辅、理工复合, 培养应用研究型或技术型人才, 授理学、农学或林学学位;生物工程专业以工为主、以理为辅、工理复合, 培养应用型工程技术人才, 授工学学位。其专业类型的描述和划分比较清晰明了, 比较规范和恰如其分。

三、培养目标

从专业规范中培养目标的描述 (见表1) 来看, 生物科学与生物技术两个专业的培养目标差异很小, 仅有从事生物科学与从事生物技术之差, 但从目前的就业市场来看从事生物科学与从事生物技术差异很小, 难以界定。而从专业类型可知, 生物技术专业可授理学、农学或林学学位, 这些特色理应在培养目标中有所体现。

四、公共基础课

在三个专业的本科培养规范中, 生物科学与生物技术两个专业的公共基础课 (人文社科和自科) 完全一致 (见表1) , 而生物工程的公共基础课形式上有一定差别, 可本质上看不出有多少差别, 也缺乏需有差别的理由。从厚基础、宽口径的培养要求来看, 三个专业的公共基础课要求可统一, 学分要求也应统一, 要求工科学生在这一环节增加近一倍的学分极不公平。线性代数等可在公共基础选修要求中解决。

五、专业基础课

专业基础课的设置体现了从科学、技术到工程的循序渐进过程 (见表1) 。然而从科学到技术的差异很小, 仅增加了工程基础课4学分 (约11%) , 应为技术基础课, 且应明确例举。从技术到工程的专业基础课要求有了明确的变化, 按课程类别从科学到工程变化率近50%。学分的控制宜统一, 且应规定生物技术专业的专业基础课最低学分要求中技术基础课学分应达20%以上, 生物工程专业的专业基础课最低学分要求中工程基础课学分应达40%以上。且可给出典型的工程类专业基础课名录, 如机械零件、电子电工基础等课程。另外生物工程专业基础课将《机械设计基础》列为可有可无的选修会造成该专业工程基础的严重缺陷, 且应在生物工程专业的专业选修课中保留生物技术专业的细胞工程、酶工程等选修课 (见表1) 。

六、专业课

专业课的设置也体现了从科学、技术到工程的循序渐进过程 (见表1) , 从科学到技术的专业课调整率达30%, 而从技术到工程的专业课虽然有较大变化, 但所列举的课程多为非典型的工科专业课 (如基因工程、细胞工程、蛋白质工程) , 回避了典型的工科专业课如氨基酸工艺学、抗生素工艺学、有机酸工艺学、酿造酒工艺学等。学分的增加也不尽合理, 三个相近专业, 不论理科还是工科, 学分基本要求应尽可能一致。向上浮动及在各选修课程间适当调整则是各校应有一定的自主权。另外生物工程是典型的工艺类专业, 专业必修课缺工艺类专业应有的分析检测课也会给工艺过程及产品研发和生产中的质检质监和质控及产品安全留下隐患, 故建议3+X模式中3应包含专业分析、X应例举氨基酸工艺学、抗生素工艺学、有机酸工艺学、酿造酒工艺学等。

注:阴影为完全相同的模块;黑体为差异课程。

七、实习及毕业实践环节

生物科学和生物技术的实习及毕业实践环节完全一致 (见表1) , 未能体现从科学到技术的差异特点以及生物技术可授农学或林学学位的特色。毕业设计是工科工艺类专业最为特色的实践环节, 但在许多学校以“毕业设计 (论文) ”的形式出现, 实际实施则只做毕业论文, 没有毕业设计, 使毕业设计名存实亡, 致使许多学校生物工程专业的毕业生根本就不知道何谓毕业设计, 许多学生甚至把毕业论文当作毕业设计。建议明确生物工程专业的“毕业设计”为必修环节, 可以设计论文二者兼顾, 至于是“大设计小论文”还是“大论文小设计”可依各校情况而定, 唯有如此, 生物工程专业才能名符其实。

八、师资要求

师资的最低要求在规范中描述不尽一致, 应加以统一。且应规定专业课的师资要求, 因为能承担专业课的老师一般能胜任专业基础课, 而能承担专业基础课的老师则不一定能胜任专业课。这在工科尤其如此。故除规定学历职称要求外, 应规定专业要求, 即“本科为相应或相关专业”的师资应大于专业师资总数的50%。

九、其他

近年由于社会办学、企业办学、校企合作、产学研合作、网络教学、数字图书资料等多元化和多样化的办学形式和方式的发展, 统一实践等硬件条件形式较为困难, 而且也不符合时代要求。建议教室 (专用或生均面积) 、专业课实验室 (面积及专用设备) 、图书资料数据库量设定为刚性要求, 研究所 (室) 或技术中心、实习基地规模和数量等宜设定为柔性、选择性或特色要求。

参考文献

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[2]教育部高等学校生物科学与工程教学指导委员会.生物技术专业规范[J].高校生物学教学研究 (电子版) , 2012, 2 (1) :3-10.

[3]教育部高等学校生物科学与工程教学指导委员会.生物工程专业规范[J].高校生物学教学研究 (电子版) , 2012, 2 (2) :3-10.

[4]陈朝银, 余旭亚, 林连兵, 孟庆雄, 刘丽.生物工程课程体系的构建与实践[D].第二届全国高等学校生物工程专业课程体系与人才培养研讨会论文集, 北京:高等教育出版社, 2005.

农药光生物降解与生物修复探析 篇10

随着农业病虫害的增多, 农药的使用量也与日剧增。我国20世纪末农药的投放量如表1所示[1]。与化肥相比, 农药具有毒性大、不易降解的特性, 对水环境和生态系统影响更为恶劣, 客观上造成我国水域环境及生态环境污染的日趋严峻。

2 光生物降解农药

2.1 光降解土壤中农药

2.1.1 有机氯类农药。

太阳光曝晒可增强土壤中有机氯类农药的降解:DDT可转化为DDE。γ-BHC的光解符合一级动力学方程, 其降解常数随土壤有机质含量增加而降低;当有机碳含量不变时, 光解常数随铁含量增加而提高, 低有机碳含量土壤中, Fe2O3对γ-BHC有明显的催化作用。

2.1.2 有机磷类农药。

研究表明, 土壤黏粒含量和土壤湿度是影响有机磷类农药光解的主要因素。光解速率随黏粒含量减少而增大;土壤湿度对光解速率影响随农药品种和土壤类型不同差异较大, 湿土壤明显有利于氟乐灵的光解。土壤的有机质含量对光解速率影响不明显。

2.1.3 有机氮类农药。

阿特拉津除草剂在粒度较小的土壤中光解速率较大, 光解深度也较大;阿特拉津的光解速率在湿土壤中大于在干土壤中;土壤的pH值对其光解速率也有影响, 即酸性和碱性土壤均可促进阿特拉津的光解, 在中性左右的土壤中, 它的光解速率会有一个最小值。另外, 土壤中腐殖酸和表面活性剂的存在均会增加阿特拉津的光解速率。

2.1.4 菊酯类农药。

光分解对拟除虫菊酯类农药在表土中的消解起了重要作用。在田间条件下它们能被阳光迅速降解, 因此它们几乎不存在从土壤迁移转化。氯氰菊酯等3种农药在0.5～1.0 mm粒径范围的土壤中光解速率最大, 在0.10～0.25 mm粒径范围内光解速率最小, 说明其合适的通气孔隙有利于农药在土壤中光解。

2.2 微生物降解土壤中农药

现代农业应用的农药是根治病、虫害的最有效的方法之一, 但农药能长时间地残留在环境中, 并随食物链移动, 产生生态毒害作用。土壤是农药在环境中的贮藏库和集散地。农药进入土壤后, 可以被淋溶、蒸发、吸附和降解。土壤中农药的生物降解是农药转化和解毒的主要途径。

农药的生物降解受土壤温度、含水量、pH值、有机质等多种因素的影响。有的农药既可在厌氧条件下降解, 又可在好氧条件下降解;有些农药则仅能在其中之一条件下进行降解。

现已明确参与农药降解与代谢的微生物有:一是细菌类。如极毛杆菌、黄杆菌、农杆菌、棒状杆菌、芽孢杆菌、芽孢梭菌。二是真菌类。如交链孢、曲霉、芽枝霉、镰刀霉、小从壳属、青霉属。三是放线菌类。如小单孢属、诺卡氏菌和链霉属。

土壤中的农药微生物代谢不同于矿化作用, 也不同于动物代谢。微生物对农药的代谢除使农药被氧化或还原而降解外, 它们还将农药作为营养或获得能源的物质。如在厌氧条件下很容易分解γ-BHC和α-BHC的契形梭菌, 能将BHC的这2种异构体分解为γ-4氯环乙烯和α-4氯环乙烯而获得本身生长所需能源。但不论是细菌、真菌还是放线菌, 其主要代谢反应或途径都是大致相同的, 即为β-氧化作用、乙醚裂解作用、环氧化作用和脱卤素作用等。此外, 只有微生物才能裂解芳香环类农药。

2.2.1 有机氯农药。

有机氯农药在土壤中较难降解, 但还是可以缓慢降解的。这类农药虽然在厌氧和好氧条件下均能进行微生物降解, 但在厌氧条件下降解速度更快。例如:DDT在厌氧条件下, 微生物能使之脱氯变为DDD, 或是脱氢脱氯变为DDE。DDD和DDE都可以进一步氧化为DDA。DDD、DDE的毒性虽比DDT低得多, 但仍有慢性毒性。DDT在好氧条件下分解很慢。

与DDT相比, BHC (丙体666) 比较容易降解。如前述, 厌氧条件下, 微生物很容易分解γ-BHC和α-BHC, 使之成为本身的能源。胡荣桂[2]研究表明, 稻田在淹水条件下, 84 d后土壤中微生物对γ-BHC可降解98.4%, 不淹水的稻田中微生物对γ-BHC只能降解34.5%。因此, 有人提出, 以加水的方法来促进微生物对旱地BHC的降解。

其他的有机氯农药, 如艾氏剂、异艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、氯丹等是环境中最稳定的农药, 因此其降解的速度非常缓慢。

2.2.2 有机磷农药。

有机磷农药在土壤中很易降解, 既能直接水解和氧化, 也能被微生物分解, 其降解速度随土壤温度、湿度和酸碱度增高而加快。如马拉硫磷可以水解, 也可在绿色木霉和极毛杆菌属作用下分解, 反应产物可彻底降解为磷酸盐、硫酸盐和碳酸盐等。

其他的有机磷农药, 如对硫磷、甲基对硫磷和乙基对硫磷, 能被枯草杆菌降解, 所含的硝基被还原为氨基。有些微生物能使对硫磷水解为P-硝基酚, 将其中的毒害成分降解为无毒物质。

2.2.3 菊酯类农药。

拟除虫菊酯类杀虫剂是一类结构类似天然除虫菊的人工合成农药。这类农药急性、慢性的毒性都低, 降解慢, 除了氰戊菊酯等个别品种外, 对人畜和环境较安全。

菊酯类农药在土壤表层, 能被阳光迅速降解, 在土层1 cm以下主要为生物降解。表2列出了3种菊酯类农药在不同土壤中降解的半衰期[3]。

2.3 光生物降解植物中农药

水系中在阳光辐射下藻类可引发产生H2O2、′O2、O2-等活性氧物质, 经过光化学反应又可生成氢氧自由基OH和RO2、R等有机自由基。这些活性物质, 对农药具有强烈地氧化、分解作用, 最终可将有机污染物分解为二氧化碳和水。

处于这种水系的待降解农作物, 通过吸附作用、生物富集作用、自身的呼吸作用等, 将上述活性自由基物质吸收于植物体内, 这些活性物质则可将植物体中的农药残留逐渐氧化、分解。例如, 对BHC农药, 则可使其产生脱氯反应, 而逐渐降解, 其降解产物在植物舒张收缩中随细胞放水排出体外。

在阳光下, 藻类产生一种过氧化氢酶, 这种氧化酶对苯胺类化学物质氧化速度很快;在阳光下, 藻类释放出一些光敏剂, 它可以敏化水系中各种反应, 加速对有毒污染物的降解。

在藻类存在的水系中, 藻引起的光强度减弱作用很小, 不会对光化学降解产生明显影响。

光生物降解技术, 可以移植到人工光生化反应器中进行, 其工作原理如图1所示。此时的光源将采用人造光源, 人造光源的光强在局部范围内可以比辐射于此的太阳光大许多。

3 生物修复

3.1 农田土壤的生物修复

农田污染是我国农业发展所面临的严峻问题, 据不完全统计, 全国受污染的耕地占其总面积的1/10以上, 不仅污染面积大, 而且每年由于土壤污染造成的粮食减产损失巨大, 达250万t[4]。

土壤污染一方面是由于自然现象如洪涝、火山爆发和矿化作用等因素造成;另一方面是由一系列的人类活动造成的, 如工业活动、石油开发、化肥农药的过度施用等, 导致土壤结构被破坏, 大量有害物质积累和残留。土壤的污染, 使得有毒及致癌物质在动植物体内富集, 通过食物链危害各类生物以至于人类。

3.1.1 农田生物修复机理。

生物修复技术是利用微生物及其他生物将存在于土壤中的有毒、有害有机污染物降解成二氧化碳和水或其他无害物质的技术和方法。与物理、化学修复技术相比, 生物修复技术具有安全、破坏性小、效果好、操作简单及无二次污染等优点。根据微生物的来源, 可将微生物修复分为自然衰减法、生物刺激修复技术和生物强化修复技术, 其中生物强化修复技术具有菌浓度高、降解能力强、降解迅速等特点, 在污染土壤修复中应用日益广泛。

3.1.2 生物强化修复土壤程序。

生物强化修复农田土壤, 工作程序如图2所示。

(1) 考察菌群。考察生物修复过程中污染物以及外源微生物对土壤微生态的影响:一方面, 有助于获得更加有效、对环境适应能力更强的污染物降解菌;另一方面, 是提高生物强化修复技术实际成功率的基础。

(2) 菌群筛选。将具有污染物降解能力的微生物分离出来是生物强化修复技术成功的基础。例如, 从微生物的微生态效应出发, 利用真菌和细菌的生长条件及降解石油方面的互补性, 构建了由细菌和真菌组成的混合菌剂, 接种这类混合菌对石油烃的降解率高于细菌和真菌分别降解率之和。

(3) 菌群固定化。利用微生物固定化技术, 可以将微生物接种入土壤中, 是一种保证外源微生物在陌生环境中生长并不断积累生物活性的有效途径。一方面载体 (土壤) 可以为微生物的生长提供附着的表面, 其载体的内部孔道可为各种微生物提供良好的保护性环境;另一方面载体内包埋的营养物质可有效促进微生物的生长。微生物固定化技术已经成功地应用于石油烃、苯酚、氯代苯酚等有机污染物的生物降解。

(4) 引入共底物。一些难降解的有机污染物在自然条件下不能被微生物所利用 (降解) , 而在可供微生物所利用的优质碳源存在时, 微生物可通过共代谢过程降解污染物。例如, 在邻苯二甲酸、二甲酯的生物降解过程中加入无机碳源, 不仅能促进微生物的生长, 而且对污染物的微生物降解也有明显的促进作用, 不失为提高生物强化修复效率的一条有效途径。

(5) 修复技术的联用。对某地区的土壤进行某一种单一的生物修复时, 有时会难以达到预期效果, 因此应当考虑合理地使用多种修复技术的联用。例如, 石油污染的土壤往往伴随着严重的盐污染。高浓度盐离子的存在会抑制微生物对石油污染的生物降解。如果将秸秆填埋发酵技术与生物强化修复技术结合起来会达到土壤修复目的。此时, 利用秸秆及其转化产物促进土壤中微生物的生长, 强化了石油烃的生物降解。

另外, 将土壤生物修复过程与适宜的作物种植相结合, 不仅可以提高生物修复的效率, 还可以获得一定的经济效益。

3.1.3 土壤生物修复实例。

土壤污染生物修复的实际应用, 许多发达国家均有成功案例。据Susan报道, 具有代表性的案例[5]如表3所示。

3.2 湖泊的生物修复

湖泊污染修复的关键是解决湖泊的富营养化问题。湖泊水体的富营养化实质是活性氮、磷元素不断从污染源进入水体而造成的污染。污染源主要是农业生产过程中 (化肥、农药等) 富含氮、磷的农田排水及人类生活污水和工业废水。此外, 还有湖底淤泥中沉积的有害物质, 其氮、磷的不断释放。

如何治理湖泊富营养化、恢复湖泊水体的功能是整个世界需要解决的难题。在过去几十年中, 世界各国科学家已经探索尝试了包括物理、化学、生物三大类几十种方法, 或工程费用昂贵, 或二次污染严重, 或治理速度太慢, 其效果都不尽人意。目前, 可供选择地生物修复湖泊技术有以下几种。

3.2.1 李召虎的“源、流、库”学说及其一体化治理技术。

李召虎根据其在美国参与美国公司湖泊富营养化治理的技术与经验, 导入植物生理学, 提出了“源、流、库”学说, 开发了适合我国特点的《湖泊富营养化 (源—流—库) 一体化治理技术》[6]。该技术采用生物学手段, 对源—湖泊上游源头排放的污染物、流—源头至湖泊水流中的污染物、库—进入湖泊水体的污染物, 进行一体化治理。通过发挥嗜养微生物对污染物的转化 (惰性化) 和清除养分的功能, 健全湖泊生态系统食物链, 彻底根除湖泊富营养化, 修复湖泊生态系统, 恢复水体自净功能。

李召虎利用微生物组合与其他天然生物产品对富营养水体中的有机物进行分解, 在分解的基础上将活性氮、磷物质转化为惰性物质。应用该项一体化治理技术, 已成功治理了富营养化湖泊水体1亿m3, 治理的湖泊面积从0.3 km2到数十平方千米。

3.2.2 EM法投放有效微生物。

李雪梅等在华南植物园往重度富营养化的人工湖投加多糖EM菌剂进行试验[7]。在1 000 m2的湖中投放60个固定了高浓度EM的泥球, 75 d后湖水的变化如表4所示。

湖水透明度的提高, 原因在于EM抑制了水体藻类的生长, 从水体叶绿素看, 投菌30 d, 表面就从3 780 mg/m3降到130 mg/m3, 下降了96.6%。从此案例看, EM治理湖泊富营养化是有效的。

3.2.3 Clear-FLO系列菌剂。

该菌剂是由美国一家公司研究开发的系列产品[7], 专门用于湖泊和池塘的生物清淤、养殖水体净化、河流修复及污泥去除等[8,9]。采用此菌种修复湖泊、河流亦有不少成功案例 (表5) 。

摘要：农药的大量使用, 增加了环境中的有毒元素, 是造成土壤环境污染的重要原因, 它能通过食物链的作用, 直接或间接地危害人类的生命和健康。采用光生物降解的方法, 可降解不同形态的中的农药含量, 与此同时, 采用生物修复的方法也可减少土壤的农药污染, 增加土壤有机肥的含量, 以便更好地保护土壤。

关键词：农药,光生物,降解,生物修复

参考文献

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[2]胡荣桂.农药污染与土壤微生物[J].环境污染与防治, 1993, 15 (3) :24-27.

[3]朱忠林, 单正军.溴氟菊酯的光解, 水解与土壤降解[J].农村生态环境, 1996, 12 (4) :5-7, 36.

[4]刘铮, 张坤, 花秀夫, 等.石油污染土壤的生物修复技术[J].生物产业技术, 2008 (4) :32-35.

[5]戴树桂, 董亮.表面活性剂对受污染环境修复作用研究进展[J].上海环境科学, 1999, 18 (9) :420-424.

[6]毛喜英.浅谈农药对环境的污染及生物整治措施[J].现代农业科学, 2009 (6) :132-133.

[7]顾宗濂.中国富营养化湖泊的生物修复[J].农村生态环境, 2002, 18 (1) :42-45.

[8]陈里晋, 丁学峰, 林可聪, 等.EM菌液处理富营养化水体的条件研究[J].湖南农业科学, 2012 (2) :62-67.

高中生物教材改革与生物教育改革 篇11

【关键词】基础教育 课程改革 教材改革 高中生物试验教材 生物课程标准

中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2013.12.090

改革开放以来，我国基础教育课程改革取得了辉煌成就，基础教育教材建设也取得了显著成绩。为了贯彻国务院关于基础教育改革与发展的决定，教育部组织、制定基础教育课程改革纲要（试行）（以下简称纲要）。根据新课程标准编写的初中生物实验教材，贯彻了面向全体学生、提高生物科学素质、倡导探究性学习等课程理念，较好地体现了纲要的精神，并与其教育目标相适应，即培养高素质的未来公民。因此，高中生物课程改革对于21世纪高素质人才的培养具有现实意义。

一、高中生物教材改革现状

1.生物教材建设受政治因素的影响极大。多年来一直引进苏联生物教材或按照苏联教材的模式编写的生物教材，以形态解剖为纲，以达尔文进化论为中心和以生理为纲，以改造自然为中心的教材体系。教材主要体现出知识性，系统性的特点，未能体现我国特色，这种状况几乎一直延续多年。

2.教材建设发展缓慢，严重滞后于生命科学的发展及社会的需求。教材内容陈旧，过于注重书本知识的，缺乏与学生生活和现代社会科技发展的联系，缺乏学生动手能力的培养。如：原高中生物教材仅开设8个实验，而大多数是以验证性实验为主，缺乏探究性、综合性实验。即使新的高中生物试验教材增加了一定数量的实验，而探究性、综合性实验内容还不能完全适应社会对创新人才的需求。

3.教材建设忽视智力开发和能力培养。由于受应试教育高考的影响严重，教学内容不稳定，忽增忽减，忽难忽易，摇摆不定。如基因的连锁与互换定律，受生物学科高考限制，经历了几次增删的变更。

4.教材建设受以学科为中心观念的影响。教材内容重视学科知识的系统性，忽视知识的综合性和社会的需求与发展。缺乏以学生为中心理念，忽视学生终身学习、学科知识及社会发展三方面内容整合。未来的课堂上，知识将由三方面组成：教科书及教学参考书提供的知识、教师个人的知识、师生互动产生的新知识，新课程将改变教科书一统课堂的局面。依据新课程理念实施高中生物教材改革，将进一步推动中学生物教学改革与发展。

二、解决上述问题的对策

（一）增强教材的趣味性

现行高中生物教材与原来的教材相比，增加了一些栏目，如“演示实验”“小资料”“课外读”及“课外生物科技活动”等，另外插图也有所增加，增加了课本的趣味性和可读性，但是与义务教育生物教材的课文编写方式相比还是显得比较呆板，不够生动活泼。现在的高中生，每天面对厚厚的课本，学习压力特别严重。如果课本生动活泼，趣味性强，不仅可以缓解压力，还可以提高学生的学习兴趣。我认为应在以下三个方面多加注意。

1.增加插图。

从现在的学生感兴趣的书籍看，很多学生不太喜欢文字性的东西，而是喜欢卡通书，增加书的插图，可吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣。教材中的插图应有以下几种：①有助于说明生物结构的模式图。②用以解释生理过程的示意图。③描述操作方法的说明图。④实物照片（包括显微摄影照片）。⑤用来作为习题和思考题的图。⑥趣味性的幽默画。⑦帮助记忆的连环画、漫画等。

2.增加栏目。

在课本中增加小栏目，把一些生物学知识通过小栏目的方式传递给学生，让学生在轻松的环境中得到知识。如，义务教育生物课本，在正文当中或正文之后设置了一些小栏目，如“看一看，想一想”、“你知道吗？”、“动动脑”、“动动手”和“课外读”等，不仅提高了学生学习生物学的兴趣，还可以扩大学生的知识面。

3.增加实验。

生物科学是一门很强的实验科学，实验可以降低学习的难度，把难理解的抽象知识具体化，使学生尽快理解和掌握教材的实质，提高学生的学习兴趣，还可以提高学生的观察能力、动手能力、思维能力，以及分析问题和解决问题的能力。因此在教学中应增加实验数量，特别是加大探索性实验所占的比例，并重视培养学生自己设计实验的能力。

（二）注意新旧知识的衔接以及各学科之间的衔接

生物知识间有严密的逻辑性和系统性，新旧知识有必然的内在联系。目前的生物学课程是以生物知识内在联系形成的逻辑顺序为体系。生物课是初中和高中都开的课程，初中阶段注重对生物形态结构方面的学习，是对生物宏观知识的了解，高中生物必修教材讲述的是生物的基本特征和生命活动的基本规律，是对生物微观知识的学习，这种编排体系符合学生的认识规律，即遵循由易到难，循序渐進的原则。高中课程的学习是在初中生物知识的基础上进行的，会受到原有认知结构的影响，心理学上把先前学习所取得的某些经验和学习结果对以后进行其他学习产生的影响，称为学习的迁移。要想实现正迁移，就要处理好新旧知识的衔接关系，在原有知识与新知识之间架设好桥梁。因此在教材的编排上不仅要注意知识的系统性还要注意新旧知识的衔接，有利于学生在学习新知识的同时回忆起旧知识，使学生对生物界有一个整体认识。

帮助学生将所学知识系统化，形成知识网络。在实施素质教育的今天，从培养21世纪的建

设事业人才的需要看，教材改革的任务还很重，需要我们大家一起努力。

参考文献

[1]杨庆国，秦老师.改革教学模式，提高中职学校的英语教学效果[J].新课程（教师）.2010（07）.

[2]吴青，胡兴昌.发掘教材特色深化教学改革——美国《Biology：The Dynamicsof Life》教材简析[J].教育理论与实践.2010（14）.

生物教学旨在提高学生的生物素养 篇12

在生物教学中, 加强对学生生物素养的提高, 是生物教师在备课推理与确定教学目标, 开拓备课思路, 构思教学策略和设计教学过程中首先要关注的内容, 是完成生物教学目标的关键所在.怎样才能更好地提高学生的生物素养和情感价值观, 应为每个教师深思的课题.下面谈谈笔者在这方面的一点肤浅认识.

一、教改是学生生物素养提高的捷径

就传统的中学生物科学体系来讲, 从学科内容的编写和传授上, 都突出知识传承的发展脉络, 即按照植物、动物和人体的形态结构和生理这一模式进行循序地讲述, 在讲述过程中往往是从低等到高等, 分门别类, 以求突出进化的脉络.其目的是仅从知识传承的角度, 知识结构构建方面传讲知识, 以便学生容易掌握生物知识体系.然而, 在当今信息渗透各个行业领域的社会中, 这种重知识传承, 轻能力培养的做法已凸显出不能适应时代的需要.即使就知识传承方面, 应当传承的不是信息量, 而是信息的质量.传统的知识的传授方式越来越突出求大面宽, 严重挤压着学生的自主学习、主动探究的时间和空间, 离学生素质的全面提高相去甚远, 不利于学生的学习兴趣的提高和进行有选择意义的学习.

在这方面, 新的课程目标要求给了生物教师切身的启发和指导.如在教学中结合活动, 突出学生自主地观察、实践、调查和资料分析等一系列科学探究举措, 是教学中必须推敲和选择实施的.在实施过程中要按照学生能力的发展水平和需要, 先安排思维与操作技能要求较低和容易做到的探究活动.如教师引导学生从观察身边的生物做起, 循序渐进地安排技能要求较高的并采用多途径的一些探究活动.如制作切片, 装片到对比探究甲状腺激素对蝌蚪发育的影响等, 通过学生主动实践来寻求知识的答案, 而不是光凭教师手舞足蹈地去演示或讲解.在学生亲自动手、动脑的技能训练中就不知不觉地强化了学生的生物知识素养和生物知识体系.

二、教材是为学生生物素养提高设定的航标

生物教科书不光从深度和广度给生物教师的教学提出了可实践的超前思维模式, 还强调了教师要从当地学生自身的情况出发, 因地施教, 因人施教.如通过“人类活动对生物圈的影响”中的图片——“小鸟何辜”, 学生就能自然联系到当地某些人对鸟的伤害, 引起学生对其他图片分析讨论的兴趣.如不考虑学生的实际情况, 灵活地应对, 就无形地把生物教学推向了“本本”的深渊中, 不但有违目标教育的实施, 而成了栓在教科书上的一只蚂蚁, 总是探不出新思路、新教法来, 并且越“缠”范围越小, 营造不出生动有趣、灵活多样的课堂氛围.

在构思和确立讲课目标时, 如能灵活地开合思维之门, 把思维精力放到对教科书的深度探究上和对所教学生每天思想波动的真实全面的了解上, 设计出具有课堂操作价值的教学方案, 才能使自身的教学处在淙淙小溪中, 永远有清晰的思维出现.

清晰思维的存在, 当然与教师自身的知识素养有关, 但自身的业务水平, 不是靠一两本专业书就能一蹴而就的, 务在通过涉猎其他各学科领域, 使自身的知识框架硬郎起来, 在备课举例与讲课引证时才能游刃有余, 课堂就不再是传授、解惑一门学科知识的“专卖店”而是一个“超市”;不是一本生物“经典”, 而是一本“笔记本电脑”.如是, 无论你怎样去设计课堂, 都会得到学生的喜欢和家长的赞许.

三、课堂是为学生生物素养提高搭建的平台

初中生物教师面对的, 不是学科的继承和发展的传承, 而是一个普通公民的生物科学的素养和发展, 即提高每一个普通公民最基本的公民素养.初中生物课堂教学所涵盖的相关知识、能力、情感态度与价值观都是一个普通公民应具备的基本素养.因此, 生物教师在课堂上追求的是可以让每个学生按照自己的水平参与, 获得一种个体化的充分发展的人际交流与合作, 以便共同进步.所以, 在教学中应尽可能减少整齐划一的要求, 为不同的学生搭建一个发散性的、开放性的、留有余地的发展平台.

发散性课堂平台的搭建, 是学生科学素养的重要组成部分.它要的是学生将来进入社会和生活, 从事经济生产, 作出个人决策所必需的对生物学概念和过程的理解, 以及应有的探究能力、科学的态度和正确的价值观.这些概念就是生物课堂教学的重点, 是每一个生物教师要心领神会的.否则, 就无法科学地制定教学目标和清晰的教学思路, 在课堂上对生物的讲解总嫌不过瘾, 不到位, 于是就设法补充, 结果加重了学生的学业负担, 弱化了学生的生物素养的形成和发展.

开放性的课堂教学, 皆在提高学生生物素养, 改变学生重知识轻素养的传统学习方法和思维意识.所以, 教学以培养学生的独立性、自主性为目标, 引导学生通过观察、调查、实践等探究活动, 获得信息, 掌握和应用知识, 提高能力.

设定课堂教学的情感态度与价值观方面的基本目标时, 要有侧重点, 不能面面俱到, 该要的、能做到的, 必须要有, 做不到的、不该要的, 就不要生搬硬套地写入教案, 否则只会加重备课负担, 空耗精力.